Czujnik poziomu N-ALM firmy WIKA to specjalistyczne urządzenie do pomiaru poziomu w elektrowniach jądrowych. Działa niezawodnie w warunkach awarii utraty chłodziwa (LOCA) i awarii zasilania (BDBA), nawet w przypadku całkowitej utraty zasilania. Czujnik ten, niezawierający ani aktywnej elektroniki, ani materiałów organicznych, takich jak tworzywa sztuczne czy uszczelki, jest odporny na warunki panujące w elektrowniach jądrowych. Urządzenie zachowuje sprawność nawet przez rok, podczas gdy niemal wszystkie inne elementy już dawno uległyby awarii.
11 marca 2011 r., Fukushima Daiichi. Trzęsienie ziemi o sile 9,0 w skali Richtera, po którym wkrótce nastąpiło tsunami, postawiło operatorów przed pytaniem, na które żaden system cyfrowy nie jest w stanie udzielić odpowiedzi: ile wody chłodzącej pozostało jeszcze w reaktorze? Czy jej poziom rośnie, czy opada? Takie sytuacje stanowią największe wyzwanie dla technologii jądrowej i są określane przez ekspertów mianem awarii wykraczającej poza założenia projektowe (BDBA) – czyli scenariuszy wykraczających poza wszelkie założenia planistyczne.
Co ma znaczenie, gdy prawie wszystko zawodzi
Elektrownie jądrowe przechodzą podczas eksploatacji przez różne stany: od normalnej pracy z pełną mocą i planowych okresów konserwacji po awarie projektowe (DBA), czyli zdarzenia, na które elektrownia jest przygotowana konstrukcyjnie. W przypadku scenariuszy wykraczających poza te granice, tj. BDBA, potrzebna jest technologia pomiarowa, która działa nawet wtedy, gdy wszystko inne zawodzi. W zarządzaniu poważnymi awariami nie są wymagane wartości z dokładnością do milimetra, ale trendy, wartości progowe i wiarygodność. Tak też jest to zdefiniowane w międzynarodowej normie IEEE 497.
Jednocześnie technologia pomiarowa musi wytrzymywać temperatury do 250 °C, ciśnienie do 10 barów, wilgotność powietrza wynoszącą 100% oraz intensywne promieniowanie – przez miesiące, bez zewnętrznego źródła zasilania. Każda próba rozwiązania tego problemu za pomocą programowalnej elektroniki jest skazana na niepowodzenie. Takie komponenty ulegają awarii już przy około 50 kGy. W scenariuszu BDBA należy spodziewać się dawek promieniowania sto razy wyższych, sięgających nawet 5,05 MGy. Ponadto, zgodnie z wytycznymi MAEA i NEA, technologia pomiarowa na wypadek awarii musi być zawsze zaprojektowana specjalnie dla danej elektrowni.
Pomiar poziomu w elektrowniach jądrowych: trzy kluczowe obszary
Do tego zadania firma WIKA opracowała specjalistyczny czujnik poziomu: czujnik poziomu N-ALM z technologią łańcucha kontaktronowego, przeznaczony do stosowania w otwartych zbiornikach i basenach, a także w zastosowaniach z wykorzystaniem zbiorników ciśnieniowych. Zasada działania jest prosta. Czujnik działa bez aktywnej elektroniki i bez materiałów organicznych, takich jak tworzywa sztuczne lub uszczelki, które mogą szybko stracić swoją funkcjonalność pod wpływem promieniowania, ciepła i wilgoci. To wyraźnie kwalifikuje go do stosowania w warunkach awarii jądrowej. W zależności od typu reaktora (PWR lub BWR) i konstrukcji obudowy bezpieczeństwa, jest on stosowany w maksymalnie trzech obszarach, z których każdy ma swój własny profil ryzyka:
- Baseny na zużyte paliwo: Zużyte elementy paliwowe są przechowywane pod warstwą wody o głębokości około 12 metrów, która pełni jednocześnie funkcję chłodzenia i osłony przed promieniowaniem. W przypadku spadku poziomu wody basen traci swoje właściwości osłonowe. Tradycyjne czujniki przestają działać, gdy tylko wzrośnie poziom promieniowania.
N-ALM firmy WIKA to specjalistyczny czujnik poziomu przeznaczony do zastosowań jądrowych.
- Zbiornik ciśnieniowy: Pośredni monitoring poziomu w celu nadzorowania zapasów chłodziwa jest najważniejszym z zadań pomiarowych.
- Obszar zalania w obudowie bezpieczeństwa: W przypadku awarii utraty chłodziwa (LOCA) budynek reaktora zostaje zalany z zewnątrz. Czujnik zamontowany na ścianie mierzy stopień zalania. Zbyt duża ilość wody jest równie niebezpieczna jak jej niedobór. Nie wolno przeciążać betonowej podstawy.
We wszystkich trzech przypadkach obowiązuje ta sama zasada. Nie chodzi o pomiary z milimetrową dokładnością, ale o to, by w decydującym momencie dysponować odpowiednimi informacjami. Wymóg ten kształtuje całą filozofię SAMG (wytycznych dotyczących postępowania w przypadku poważnych awarii) i stanowi punkt wyjścia dla koncepcji czujników firmy WIKA.
Zasada działania: tak prosta, że nie może zawieść
Odpowiedź firmy WIKA jest prosta i właśnie w tym tkwi jej siła. Czujnik N-ALM nie zawiera żadnej aktywnej elektroniki ani materiałów organicznych. Zasada działania: pływak podąża za poziomem cieczy. Jego magnes stały mechanicznie zamyka styki kontaktronowe łańcucha rezystorów o niewielkich odstępach. W zależności od położenia pływaka zmienia się całkowita rezystancja, zapewniając praktycznie ciągły sygnał bez ani jednego elementu elektronicznego w obudowie.
W normalnym trybie pracy sygnał jest przesyłany jako sygnał analogowy 4 … 20 mA do sterowni. W przypadku awarii zasilania operator podłącza standardowy multimetr do interfejsu kablowego. Wystarczy napięcie 9 V, aby bezpośrednio odczytać wartość rezystancji. Potencjał urządzenia potwierdzają jego kwalifikowane wartości graniczne: temperatura awaryjna 250 °C, ciśnienie awaryjne 10 barów, dawka promieniowania 5,05 MGy, przyspieszenie sejsmiczne do 5 g oraz roczny okres eksploatacji w warunkach awaryjnych.
Każda roślina jest inna – tak samo jak każde rozwiązanie
Typ reaktora (PWR lub BWR), konstrukcja obudowy bezpieczeństwa, strategie postępowania w sytuacjach awaryjnych, istniejące przepusty oraz wysokość pomieszczeń – wszystko to ma wpływ na sposób montażu czujnika. Żadna elektrownia jądrowa nie jest taka sama jak inna. Dlatego firma WIKA nie postrzega siebie jako dostawcy produktów standardowych, ale jako partnera projektowego. Od pierwszego spotkania inżynierów, poprzez kwalifikację zgodnie z normami IEEE 323/344 i KTA, aż po wsparcie przy montażu na miejscu. Certyfikowany zgodnie z normami ISO 19443 i KTA 1401.
N-ALM można również zainstalować w nowych elektrowniach, ale jest on przeznaczony przede wszystkim do modernizacji. Jeśli pozwala na to koncepcja inżynieryjna, elektrownie często mogą pozostać w eksploatacji podczas instalacji. W przypadku wypełnionych wodą basenów na zużyte paliwo, których nie można opróżnić ze względów bezpieczeństwa radiologicznego, instalacja w warunkach eksploatacyjnych jest nie tylko możliwa, ale często jedyną opcją.
Wniosek: Niezawodność tam, gdzie liczy się najbardziej
Wydarzenia w Fukushimie pokazały światu, że w sytuacjach ekstremalnych nie liczą się najbardziej zaawansowane systemy, lecz te najbardziej niezawodne. Czujnik N-ALM firmy WIKA jest odzwierciedleniem tego przekonania: maksymalna niezawodność dzięki minimalnej złożoności w połączeniu z wiedzą inżynieryjną, której każdy zakład potrzebuje, aby sprostać swoim specyficznym wymaganiom.
Uwaga
Na stronie produktu znajdziesz więcej danych technicznych dotyczących urządzenia N-ALM. Więcej informacji na temat technologii pomiarowej firmy WIKA przeznaczonej dla energetyki jądrowej można znaleźć na naszej stronie internetowej. Masz pytania? Osoba kontaktowa chętnie Ci pomoże.
Zapoznaj się również z naszymi postami
Certyfikat WIKA zgodny z ISO 19443 dla projektów jądrowych